试管婴儿技术或可拯救濒危动物？专家：有前景，但并不容易

　　近期，一个联合研究团队通过试管婴儿技术，培育出了濒临灭绝的肯尼亚北方白犀牛的胚胎。目前，北方白犀牛仅剩下两头雌牛，灭亡已经正式进入倒计时，如果试管婴儿技术能够成功培育出北方白犀牛，那么这一技术将能拯救更多的濒危动物。

　　2018年3月19日，一头名叫“苏丹”的雄性北方白犀牛在肯尼亚咽下了最后一口气，享年45岁。这对一头犀牛来说是寿终正寝，但它却是世界上最后一头雄性北方白犀牛，仅剩的两头雌牛（苏丹的女儿和孙女）显然不能维持北方白犀牛的族群，这一物种的灭亡正式进入倒计时。

　　然而，科学家们却不甘心。2018年7月5日的《自然——通讯》杂志刊载了德国柏林莱布尼茨动物园等机构的研究成果，文章标题是《来自白犀牛的胚胎和胚胎干细胞》（Embryos and embryonic stem cells from the white rhinoceros）。在此项研究中，具有多年濒危哺乳动物人工繁育经验的科学家Thomas B. Hildebrandt等人，成功地将冷冻保存的北方白犀牛精子与它们的近亲，南方白犀牛的卵子结合，培育出了具有活性的“杂交”白犀牛胚胎。

　　研究人员正在从一头雌性南方白犀牛体内采集卵子。图片来源：NATURE COMMUNICATIONS

　　二代试管婴儿技术

　　仅存的两头雌性北方白犀牛的身体状况不佳，为了避免在技术不成熟的情况下取卵对其造成伤害，科学家选择了从数量尚多的雌性南方白犀牛中采集卵子用于人工授精。

　　正常的精子可以自行与卵子结合并完成受精，但本来就质量欠佳的北方白犀牛精液经过冷冻保存后，精子活力严重下降。好在科学家可以选择一种成熟的人工辅助生育技术：单精子胞浆内注射技术，也就是通常所说的二代试管婴儿技术。自然受孕和早期试管婴儿技术中，精子需要自行寻找卵细胞并与之结合完成受精，如果雄性不能产生正常精子，就不能完成受精。而二代试管婴儿技术可以通过一根极细的针头，将单个精子注入卵细胞的细胞质中，代替精子完成了游动寻找卵细胞并与之结合的过程，因此，即便是活力低下甚至畸形的精子都可以完成受精。

　　科学家采用二代试管婴儿技术，为犀牛卵子进行体外受精并获得胚囊。图片来源：NATURE COMMUNICATIONS

　　这项技术是否可以拯救濒危动物？

　　二代试管婴儿技术已经帮助了数以百万计的人类夫妇完成了生育，现在，Hildebrandt等人的研究成功地将已经冷冻保存数年的北方白犀牛精子注入南方白犀牛卵细胞并发育出了胚胎。下一步，科学家将尝试将胚胎植入代孕的南方白犀牛体内，得到具有北方白犀牛血缘的后代。不过，由于北方白犀牛和南方白犀牛遗传差异较大，南方白犀牛是否能够胜任代孕角色还需要验证。当然，一旦代孕成功，科学家就将尝试从现存的两头雌性北方白犀牛体内取出卵细胞，以培育纯种的北白犀牛胚胎。

　　与此同时，研究团队还成功地从南方白犀牛的胚胎中获得了干细胞系，这些胚胎干细胞能够在实验室条件下稳定培养或者进行长期保存。犀牛干细胞为今后的研究提供了稳定的材料，如果能够开发出稳定的由体细胞诱导干细胞，再由干细胞发育为胚胎的技术手段（这就是所谓的诱导多能干细胞技术，发明者是日本科学家山中伸弥，他因为发明了这项技术而获得2012年的诺贝尔奖生理学或医学奖。简单来讲，诱导多能干细胞技术就是人为地向动物的体细胞注入某些诱导因子，并在外界环境的综合作用下，让体细胞回到干细胞状态，再次拥有可以分化成其他细胞的能力），利用现有的北方白犀牛个体以及保存的活体体细胞样本，科学家就能够维持北方白犀牛种群的遗传多样性，并试图恢复整个北白犀牛种群。

　　不用担心物种灭绝了？技术有前景，但成功并不容易

　　Hildebrandt十分看好恢复北方白犀牛群体的前景，甚至认为这项技术还可以用来拯救其他濒临灭绝的哺乳动物。是不是只要保存了细胞样本，就不用担心物种灭绝了？密歇根大学博士后研究员、曾在北京大学研究细胞命运调控和细胞重编程技术的葛建博士认为，实际情况远比我们想象的复杂。

　　葛建认为，对于人类或小鼠等模式动物来说，人工辅助生育获得胚囊以及分离胚胎干细胞技术相对成熟。但就濒危动物而言，个体少且很难获得状态最佳的精子和卵细胞，每一种生物的细胞培养条件都不同，对濒危动物的细胞进行培养，相关研究远不如人类或其他模式动物，因此通过体外人工受精获得濒危动物的胚囊及胚胎干细胞的难度很大，未知因素也很多。

　　另外，葛建还指出，虽然精子、卵细胞和胚胎都可以通过相关的技术保存，但解冻复苏的效率存在差异，而且胚囊能否顺利发育，也是一个概率性事件。最后，能够获得的濒危动物的精／卵细胞或胚胎的数量有限，长期保存也存在不能复苏的风险。

　　至于在体外分离并培养犀牛的胚胎干细胞，虽然有极大的研究价值，但想让这些干细胞独立发育成胚胎，甚至犀牛，却并不容易。葛建表示，即使目前研究最深入的小鼠系统，仍需要将干细胞移植到发育良好的胚胎供体中才能使干细胞发育为胚胎。现在前沿的全能干细胞研究也许能在将来实现从干细胞直接得到胚胎，但这些研究都是在实验动物上进行的。对于北方白犀牛这样的濒危动物来说，即使拥有足够的细胞用来进行研究，也需要很多的人力财力资源来摸索试验条件。

　　犀牛的祖先在5000万年前和马的祖先进化分离后，曾经遍布亚洲、非洲大陆，自由自在地交配繁殖，今天却到了需要在试管中冷冻保存以避免灭绝的地步，这才是最值得人类反思的地方。

　　作者| 陈耕石

　　审稿| 葛建 密歇根大学博士后研究员

　　文章由“科普中国头条创作与推送项目”团队推出